Dans ce travail, nous montrons comment la cinématique des robots déformables peut être modifiée de manière conséquente en changeant la composition de leurs matériaux - mais pas leur géométrie - en utilisant des méta-matériaux. Nous présentons un outil de simulation générique pour les robots déformable incluant l'anisotropie, permettant un contrôle en boucle ouverte. Cela ouvre de nouvelles voies de recherche, notamment comme moyen de programmer la flexibilité des systèmes déformable. De plus en exploitant pleinement le potentiel de structure déformable on peut incorporer du contrôle et de la détection directement dans celles-ci et réduire le nombre de sources d'actionnement nécessaires. Nous montrons dans le chapitre 2 que la littérature sur les robots déformables utilisant des méta-matériaux n'est pas encore vraiment conséquente en raison de sa nouveauté. Cependant, la recherche des méta-matériaux est très importante, notamment grâce au domaine computer graphics qui propose de nombreuses approches et conceptions différentes. Le manque actuel de ponts entre ces deux communautés (méta-matériaux et robotique déformables) provient de deux facteurs principaux, ils sont: - Difficile à simuler : les méta-matériaux sont généralement basés sur un réseau de motifs répétés allant d'une échelle micro à méso. Ces réseaux peuvent parfois être assimilé comme des matériaux linéaires, mais un plus grand nombre de méta-matériaux exploitent les instabilités pour créer de nouveaux comportements. Ils ont également des applications dans différents domaines : électromagnétique, optique, acoustique et mécanique, ce qui ajoute un aspect multi-physique. En conséquence, il est compliqué d'avoir une représentation précise des méta-matériaux sans avoir recours à énormément de calculs, ce qui entrave toute simulation interactive de leurs comportements. - Difficile à concevoir : les solutions disponibles à base de méta-matériaux sont diverses en termes de propriétés, compositions et géométries. Cela a conduit à des méthodes de conception différentes pour certains types de méta-matériaux et, en général, à une approche au cas par cas pour chaque nouvelle conception. Le travail de cette thèse contribue à résoudre certaines de ces difficultés. En ce qui concerne la simulation des méta-matériaux, dans le chapitre 3, nous présentons une modélisation d'une méso-structure en mousse avec des propriétés anisotropes graduées. En utilisant l'homogénéisation et certaines hypothèses de continuum, nous formulons une implémentation FEM permettant de de reproduire le comportement anisotrope transverse et de le paramétrer. Avec cette implémentation, nous pouvons programmer une flexibilité transverse donnée sur n'importe quelle géométrie avec le logiciel de simulation SOFA. Nous évaluons dans le chapitre 4 la correspondance de notre modèle avec avec sa réalisation physique et montrons que nous sommes capables de contrôler de nouveaux comportements complexes. Nous démontrons qu'avec une structure à base de méta-matériaux, nous avons pu concevoir avec la simulation un système anisotrope permettant de contrôler un nouveau DoF sans qu'il soit nécessaire d'ajouter de nouvelles sources d'actionnement. Enfin, dans le chapitre 5, nous présentons une méthode pour réduire les erreurs de simulation provenant de la simplification du modèle de la méso-structure. Cette méthode est générique pour tout paramètre mécanique différentiable. Nous l'utilisons dans le cas de paramètres anisotropes et nous faisons une calibration avec un système réel. Nous pouvons optimiser beaucoup de paramètres en même temps (nous avons testé jusqu'à 36) tout en ayant un problème convexe bien posé grâce à l'approche multi-configuration que nous utilisons. Nous montrons sur un exemple réel que nous sommes en mesure d'améliorer la précision globale de la simulation d'environ 44%.
M. Christian DURIEZ - INRIA Lille - Directeur de thèse Mme Nancy POLLARD - Carnegie Mellon University - Rapporteure M. Pierre RENAUD - Université de Strasbourg - Rapporteur M. Sylvain LEFEBVRE - INRIA Nancy - Examinateur Mme Maud MARCHAL - Université de Rennes - Examinatrice M. Stelian COROS - ETH Zurich - Examinateur M. Olivier GOURY - INRIA Lille - Co-encadrant de thèse
Thèse de l'équipe DEFROST soutenue le 22/06/2022
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